金属在各种环境中的腐蚀课件.ppt

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1、金属在各种环境中的腐蚀第1页，此课件共54页哦4.1.1 4.1.1 大气腐蚀的类型和特点大气腐蚀的类型和特点 暴露于大气中的腐蚀，腐蚀反应的程度暴露于大气中的腐蚀，腐蚀反应的程度决定于湿度、大气成分。决定于湿度、大气成分。第2页，此课件共54页哦大气腐蚀的分类大气腐蚀的分类:(1)干大气腐蚀：干大气腐蚀：在空气非常干燥条件下在空气非常干燥条件下,金属表面不存在水膜。金属表面不存在水膜。(2)潮大气腐蚀：潮大气腐蚀：大气的相对湿度在大气的相对湿度在100%100%以下，金属表面存在肉眼不可见的薄不以下，金属表面存在肉眼不可见的薄不膜。膜。(3)湿大气腐蚀：湿大气腐蚀：水分在金属表面已成液水分在

2、金属表面已成液滴凝聚而形成肉眼可见的液膜层。滴凝聚而形成肉眼可见的液膜层。第3页，此课件共54页哦图4-1水膜厚度为1-10nm,水膜厚度为10nm-1m水膜厚度为1m-1mm;水膜厚度大于1mm区：区：只有几个分子层厚的附着水 膜，没有延续的电解质膜，腐蚀速度很小。区：区：薄膜易于氧所扩散。区：区：水膜增厚，氧的扩散阻力大。区：区：相当于金属全沉浸在电解液 中，腐蚀速度下降。第4页，此课件共54页哦1、干的大气腐蚀干的大气腐蚀无水汽水膜厚度无水汽水膜厚度 100 100 2、潮的大气腐蚀潮的大气腐蚀空气中有大量水汽，但相空气中有大量水汽，但相对湿度小于对湿度小于100%,100%,形成水膜看

3、不见形成水膜看不见,=100,=1001m1m。3、湿的大气腐蚀湿的大气腐蚀表面有可见水膜，相对表面有可见水膜，相对湿度为湿度为100%100%，相当于下雨天，相当于下雨天，1m 1m 1m 1m m m。1m1m耐腐蚀性决定于膜厚度。耐腐蚀性决定于膜厚度。大气组成：大气组成：COCO2 2、SO SO2 2、Cl Cl2 2 灰分、尘粒、灰分、尘粒、盐盐。第5页，此课件共54页哦4.1.2 4.1.2 大气腐蚀机理大气腐蚀机理 当金属表面形成连续的电解水膜时，大气腐蚀的阳极过程：Me Men+ne阴极过程：O2+2H2O+4e4OH-是氧去极化过程。第6页，此课件共54页哦4.1.3 4.1

4、.3 影响大气腐蚀的因素影响大气腐蚀的因素（1 1）气候因素：）气候因素：大气相对湿度大气相对湿度:(如图4-1)气温气温:当相对湿度低于金属临界相对湿度时，温度对大气腐蚀的影响很小，无论气温多高，因环境干燥，金属腐蚀轻微。当相对湿度大于金属临界相对湿度时，温度升高，反应速度提高。降尘：降尘：分为三种情况：1）尘粒本身为可溶性、腐蚀性，增加腐蚀；2）尘粒本身不可溶且没有腐蚀性，如炭粒，但它能吸附腐蚀性物质，促进腐蚀；3）尘粒无腐蚀性和无吸附性，如土粒，但沉积在金属表面形成缝隙，发生局部腐蚀。第7页，此课件共54页哦（2 2）大气中污染物质）大气中污染物质根据污染物质的性质及含量，大气环境类型大

5、致分为：城市工业大气城市工业大气：污染物中主要含有硫化物,如SO2、H2S、Cl2、HCl、NH3。海洋大气：海洋大气：以海盐粒子为特征，海盐粒子具有很强的吸湿性，并溶于水膜中形成强腐蚀介质。海洋工业大气海洋工业大气：既有SO2，又含海盐粒子。农村大气农村大气：不含有强烈的化学污染物，但含有有机物和无机物尘埃，大气腐蚀相对小些。第8页，此课件共54页哦4.1.4 4.1.4 提高合金抗大气腐蚀稳定提高合金抗大气腐蚀稳定性方法性方法1 1、降低湿度、降低湿度2 2、净化大气、净化大气3 3、提高金属的耐大气腐蚀性能、提高金属的耐大气腐蚀性能第9页，此课件共54页哦4.2 4.2 金属在海水中的腐

6、蚀金属在海水中的腐蚀第10页，此课件共54页哦1 1、海洋大气区、海洋大气区含盐水分进入大气。4.2.1 海洋环境和海水腐蚀的特点第11页，此课件共54页哦2 2、飞溅区、飞溅区又称为浪花飞溅区又称为浪花飞溅区,金属在此金属在此区腐蚀很严重区腐蚀很严重,由于金属表面经常与充气良由于金属表面经常与充气良好的海水接触好的海水接触,形成了发生氧去极化腐蚀的形成了发生氧去极化腐蚀的有利条件有利条件.飞溅区约为全浸条件下腐蚀速度飞溅区约为全浸条件下腐蚀速度的的3-4倍倍.第12页，此课件共54页哦3、潮汐区、潮汐区又称潮差区又称潮差区,和飞溅区相和飞溅区相似似,金属在该区域中经受周期性海水浸泡。金属在该

7、区域中经受周期性海水浸泡。与飞溅区不同的是与飞溅区不同的是,海洋生物会在潮汐区海洋生物会在潮汐区的金属表面上寄生的金属表面上寄生,使钢的表面加速腐蚀使钢的表面加速腐蚀.第13页，此课件共54页哦4 4、全浸区、全浸区根据海水的深度不同根据海水的深度不同,又分又分为浅海区和深海区为浅海区和深海区,在浅海区含氧量一般在浅海区含氧量一般达到饱和浓度达到饱和浓度,随着水深增大随着水深增大,腐蚀速度逐腐蚀速度逐渐减小。渐减小。第14页，此课件共54页哦海水腐蚀特点海水腐蚀特点(1)大多数金属在海水腐蚀时大多数金属在海水腐蚀时阳极过程的阳极过程的阻滞很小阻滞很小,主要是海水的氯离子浓度高主要是海水的氯离子

8、浓度高.(2)大多数金属在海水中的腐蚀过程是大多数金属在海水中的腐蚀过程是氧氧去极化过程去极化过程,腐蚀速度腐蚀速度由氧扩散过程控制由氧扩散过程控制.(3)海水的海水的电导率很高电导率很高,电阻性阻滞很小电阻性阻滞很小.(4)海水中金属易发生海水中金属易发生局部腐蚀局部腐蚀破坏破坏.第15页，此课件共54页哦4.2.2 影响腐蚀因素：影响腐蚀因素：1 1、盐类及浓度、盐类及浓度:海水中海水中Cl-Cl-含量很高含量很高,使海水腐蚀使海水腐蚀性较大性较大,盐浓度增大海水中溶解的氧量下降盐浓度增大海水中溶解的氧量下降,所以溶所以溶盐超过一定值后盐超过一定值后,金属腐蚀下降金属腐蚀下降.2 2、pH

9、pH值：值：海水海水pHpH值一般在值一般在7.2-8.67.2-8.6之间，为中性，之间，为中性，对腐蚀影响不大，在深海区对腐蚀影响不大，在深海区pHpH值有降低，不利于值有降低，不利于生成保护性碳酸盐水垢，使腐蚀速度增大生成保护性碳酸盐水垢，使腐蚀速度增大第16页，此课件共54页哦3 3、温度：、温度：从动力学角度，温度升高，化学反应速从动力学角度，温度升高，化学反应速度提高；但温度升高使氧气的溶解度下降。总体度提高；但温度升高使氧气的溶解度下降。总体上说，温度升高，腐蚀速度增大。上说，温度升高，腐蚀速度增大。4 4、流速：、流速：海水的流速增大使金属腐蚀速度增大；但对于海水的流速增大使金

10、属腐蚀速度增大；但对于能钝化的金属，有一定的流速可促进钝化，提高其耐能钝化的金属，有一定的流速可促进钝化，提高其耐蚀性。蚀性。5 5、海洋生物：、海洋生物：海洋生物在船舶表面附着处产生了缝海洋生物在船舶表面附着处产生了缝隙，易诱发缝隙腐蚀；另外，微生物生理作用会隙，易诱发缝隙腐蚀；另外，微生物生理作用会产生氨、二氧化碳和硫化氢等腐蚀物质，加速金产生氨、二氧化碳和硫化氢等腐蚀物质，加速金属腐蚀；有些生物的生长穿过涂层而加速腐蚀。属腐蚀；有些生物的生长穿过涂层而加速腐蚀。第17页，此课件共54页哦4.2.3 4.2.3 金属和合金在海水中的金属和合金在海水中的耐蚀性耐蚀性 金属在海水中的耐蚀性见金

11、属在海水中的耐蚀性见P91P91页，页，表表4-64-6中所示。其中最耐蚀的金中所示。其中最耐蚀的金属有钼、钛、钨、铌等。属有钼、钛、钨、铌等。第18页，此课件共54页哦4.2.4 4.2.4 防止海水腐蚀的措施防止海水腐蚀的措施（1 1）研制和应用耐海水腐蚀的材料研制和应用耐海水腐蚀的材料,如如TiTi、NiNi、CuCu和耐海水钢。和耐海水钢。（2 2）涂层保护涂层保护，腐蚀最严重处采用护屏保护，如使，腐蚀最严重处采用护屏保护，如使用耐腐蚀合金包覆；或应用防锈油漆等。用耐腐蚀合金包覆；或应用防锈油漆等。（3 3）电化学保护电化学保护，只限于全浸区才有效，可采用，只限于全浸区才有效，可采用外

12、加电流阴极保护法或牺牲阳极法。外加电流阴极保护法或牺牲阳极法。第19页，此课件共54页哦4.3 4.3 金属在土壤中的腐蚀金属在土壤中的腐蚀4.3.1 4.3.1 土壤的性质土壤的性质1 1、土壤的组成、土壤的组成土壤由各种颗粒状矿物质、有机物质及水分、土壤由各种颗粒状矿物质、有机物质及水分、空气和微生物等组成，它含砂子、灰、泥渣和植空气和微生物等组成，它含砂子、灰、泥渣和植物腐烂后形成的腐植土，有此体系中有许多弯曲物腐烂后形成的腐植土，有此体系中有许多弯曲的毛细管，水分和空气所通过这些微孔到达土壤的毛细管，水分和空气所通过这些微孔到达土壤深处。深处。第20页，此课件共54页哦2 2、土壤中的

13、水分及氧、土壤中的水分及氧 土壤中的水分少，含盐量少、电阻大。土壤中的水分多，含盐量高，电阻小，易腐蚀。土壤干燥，含氧多。土壤潮湿，含氧少。第21页，此课件共54页哦3 3、土壤中的微生物、土壤中的微生物 厌氧的硫酸盐还原菌、硫杆菌、嗜氧厌氧的硫酸盐还原菌、硫杆菌、嗜氧的铁杆菌。的铁杆菌。第22页，此课件共54页哦4.3.2 4.3.2 土壤腐蚀的特点土壤腐蚀的特点1 1、土壤是一种特殊性质的电解质、土壤是一种特殊性质的电解质 由于土壤是毛细管多孔性的，还是胶质体系，土壤的空隙为空气和水汽所充满。土壤中还含有盐类。因此，土壤具有离子导电性。土壤是一种电解质。第23页，此课件共54页哦2 2、土

14、壤腐蚀的过程、土壤腐蚀的过程 本质：本质：与电解质一样；大多数的金属在土壤中属氧去极化腐蚀，少数情况发生氢去极化腐蚀。第24页，此课件共54页哦（1 1）阳极过程：）阳极过程：对Fe 在酸性土壤中，铁离子以水化离子的状态溶解在土壤水分中，在中性及碱性土壤中，铁离子以氢氧根离子进一步生成氢氧化铁。（2 2）阴极过程：）阴极过程：阴极过程主要是氧去极化作用氧去极化作用，氧与电子结合而生成氢氧根离子。第25页，此课件共54页哦4.3.3 4.3.3 土壤腐蚀常见的几种形式土壤腐蚀常见的几种形式1 1、不均匀充气所引起的腐蚀、不均匀充气所引起的腐蚀 第26页，此课件共54页哦2 2、杂散电流引起的腐蚀

15、、杂散电流引起的腐蚀第27页，此课件共54页哦3 3、土壤中的微生物引起腐蚀、土壤中的微生物引起腐蚀（1 1）硫杆菌）硫杆菌 有排硫杆菌和氧化硫杆菌种。由于污物发酵结果产生硫代硫酸盐、硫杆菌大量繁殖，产生元素硫。氧化杆菌将元素硫氧化成硫酸使土壤酸化，降低pH值，加速腐蚀。第28页，此课件共54页哦（2 2）微生物所产生一些腐蚀气体）微生物所产生一些腐蚀气体例：硫酸盐还原菌 产生的氧化加重吸氧腐蚀，而 S2-又加重土壤的酸性，加重土壤腐蚀。第29页，此课件共54页哦4.3.4 4.3.4 防止土壤腐蚀措施防止土壤腐蚀措施1、采用表面处理手段、采用表面处理手段2、采用电化学保护、采用电化学保护3、

16、其他、其他第30页，此课件共54页哦4.4 4.4 金属在各种化学介质中腐蚀金属在各种化学介质中腐蚀化学介质(酸、碱、盐溶液)第31页，此课件共54页哦4.4.1 4.4.1 在酸性介质中的腐蚀在酸性介质中的腐蚀酸类对金属的腐蚀情况，要视其是氧化性的还是非氧化性的而大不相同。在腐蚀过程中，非氧化性酸的特点是腐蚀的阴极过程纯粹为氢去极化过程。氧化性酸的特点是腐蚀的阴极过程主要为氧化剂的还原过程。第32页，此课件共54页哦4.4.1.1 4.4.1.1 在非氧化性酸中的腐蚀在非氧化性酸中的腐蚀主要是析氢腐蚀：2H+2e=H2 第33页，此课件共54页哦图中，只有位于 Mn+/M 与H+/H之间区域

17、（阴影线区）才有可能发生析氢腐蚀（不充气）。第34页，此课件共54页哦例例:金属在盐酸中的腐蚀金属在盐酸中的腐蚀a)盐酸浓度与腐蚀速度的关系(见书95页图4-14,4-15)b)盐酸存在氧化剂时,铜、钼、镍基合金腐蚀速度显著增加。c)在盐酸中金属的钝态区很窄或完全不存在钝态区。第35页，此课件共54页哦4.4.1.2 4.4.1.2 在氧化性介质中腐蚀在氧化性介质中腐蚀 主要是氧化剂的还原过程，多数主要是氧化剂的还原过程，多数是氧去极化腐蚀是氧去极化腐蚀第36页，此课件共54页哦4.4.2 4.4.2 在碱性介质中的腐蚀在碱性介质中的腐蚀例1：锌的腐蚀图 在酸性范围PH在0-4之间由于生成锌酸

18、盐而不耐蚀。pH在4-11之间,腐蚀速度随pH的上升而下降，在pH为11时，腐蚀最慢。pH在11-14较强碱性范围，腐蚀速度又重新上升。因为锌在强碱范围内会生成锌酸盐，并电离为（ZnO2）。第37页，此课件共54页哦第38页，此课件共54页哦例例2 2：铁的腐蚀图：铁的腐蚀图 酸性范围。在pH4-9之间，腐蚀速度几乎与pH无关。pH在9-14之间，铁的腐蚀速度大为降低。第39页，此课件共54页哦第40页，此课件共54页哦4.4.3 4.4.3 在盐溶液中的腐蚀在盐溶液中的腐蚀 盐有许多形式，它们对金属的作用亦不相同。一般无机盐分为三种类型。1 1、中性盐、中性盐 中性盐绝大多数是氧去极化引起的

19、腐蚀。因此，溶液中的氧对腐蚀有很大影响。第41页，此课件共54页哦2 2、氧化性盐、氧化性盐 起钝化作用减缓腐蚀。起阴极去极化作用加速腐蚀。3 3、酸性盐、碱性盐、酸性盐、碱性盐 一些盐由于水解能生成酸或碱，因此它们对腐蚀速度的影响主要决定于电解液的PH值。第42页，此课件共54页哦铝、铅、锌金、铂铁、镍、钯第43页，此课件共54页哦 氧化物可溶解于酸、亦可溶于 碱。图（a）所示，即不耐酸，又不耐碱腐蚀。氧化物可溶解于酸、但难溶于碱。图(b)所示。在酸和碱中都稳定的贵金属见图(c)腐蚀速度与pH无关。第44页，此课件共54页哦4.4.4 4.4.4 影响腐蚀速度的其他外界因素影响腐蚀速度的其他

20、外界因素1 1、温度影响、温度影响 总的趋势：T K氢去极化：温度升高使阳极和阴极过程加速。第45页，此课件共54页哦氧去极化：Fe在水中（1）封闭容器（氧不能从水中离开呈直线关系）（2）敞开容器 在温度高于80时，氧的影响（氧少）变的显著，因而腐蚀速度减小。第46页，此课件共54页哦敞开容器封闭容器第47页，此课件共54页哦2 2、介质运动速度的影响、介质运动速度的影响（1）对于氧去极化腐蚀，介质运动速度可有下列作用，如图1。一阶段：由于氧输送增强，氧去极化腐蚀加快。二阶段：对于易钝化金属形成保护膜钝化。三阶段：由于表面膜冲刷作用，发生冲刷腐蚀。（2）对于受活化极化控制的腐蚀过程，流速对腐蚀

21、速度没影响，如铁在稀盐酸中，如图2。第48页，此课件共54页哦21第49页，此课件共54页哦3 3、缓蚀剂影响：、缓蚀剂影响：缓蚀剂在介质中添加后能阻止金属腐蚀的物质。4 4、腐蚀促进剂：、腐蚀促进剂：腐蚀促进剂在介质中添加能促进金属腐蚀的物质。第50页，此课件共54页哦4.5 4.5 人体环境中金属植入材料的腐蚀人体环境中金属植入材料的腐蚀 植入材料生物医学材料，目前主要有某些特定的金属材料、有机高分子材料和陶瓷材料。4.5.1 4.5.1 人体环境特点人体环境特点 人体体液是一种典型的电解质溶液。这种电解质类似于温暖的海水，约含1%NaCl和有机化合物气体。第51页，此课件共54页哦在这种介质作用下，主要发生的 阴极过程：（氧去极化腐蚀）O2+2H2O+4e 4OH-O2+4H+4e 2H2O 阳极过程：Me Men+ne第52页，此课件共54页哦4.5.2 腐蚀形式1 1、均匀腐蚀、均匀腐蚀 目前较好的材料是钛，因为钛钝化能力强。2 2、点腐蚀。、点腐蚀。3 3、电偶腐蚀。、电偶腐蚀。4 4、缝隙腐蚀。、缝隙腐蚀。5 5、磨损腐蚀。、磨损腐蚀。6 6、晶间腐蚀。、晶间腐蚀。7 7、腐蚀疲劳。、腐蚀疲劳。第53页，此课件共54页哦 4.5.3 常用金属植入材料 见103-105 表4-12中所示。第54页，此课件共54页哦